專(zhuān)利名稱(chēng)：一種液體介質(zhì)縱振非接觸式超聲波電機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是超聲波電機(jī)，尤其是一種液體介質(zhì)縱振非接觸式 超聲波電機(jī)。
背景技術(shù)：
超聲波電機(jī)是一種利用壓電陶瓷逆壓電效應(yīng)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能
的特種電機(jī)，是具有良好應(yīng)用前景的新型驅(qū)動(dòng)器；在精密儀器、光學(xué) 系統(tǒng)、醫(yī)療器械、汽車(chē)電器、航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景； 目前已成功應(yīng)用于照相機(jī)自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)、機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、卡片閱 讀機(jī)等領(lǐng)域。與電磁型電機(jī)相比，超聲波電機(jī)具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)低 速大扭矩，效率高；(2)單位重量下可獲得的扭矩大，而且由于可以 減小運(yùn)動(dòng)部件(轉(zhuǎn)子)的慣性，因此啟動(dòng)、停止控制性好；(3)由于 扭矩較大，無(wú)需利用減速機(jī)構(gòu)增大扭矩，可實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)且定位精確； (4)未使用磁場(chǎng)，不產(chǎn)生磁性干擾，抗干擾能力強(qiáng)；(5)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 加工制造容易。
現(xiàn)有超聲波電機(jī)按照定子與轉(zhuǎn)子的安裝關(guān)系可以分為兩大類(lèi)一 類(lèi)是接觸式，另一類(lèi)是非接觸式。接觸式超聲波電機(jī)是利用定子振動(dòng) 使表面質(zhì)點(diǎn)形成橢圓運(yùn)動(dòng)，依靠轉(zhuǎn)子與定子之間的摩擦力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。因此存在以下難以克服的問(wèn)題(1)由于摩擦磨損，工作壽命短;
(2)不能連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)。而非接觸式超聲波電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子不 直接接觸，通過(guò)氣體或液體介質(zhì)的耦合作用間接傳遞能量，有效地克 服了接觸式超聲波電機(jī)的缺點(diǎn)。
常見(jiàn)的液體介質(zhì)超聲波電機(jī)采用圓環(huán)形壓電振子，將壓電振子粘 結(jié)在金屬圓環(huán)上形成定子，利用空間和時(shí)間上相差90°相位角的交 流信號(hào)對(duì)壓電陶瓷進(jìn)行激勵(lì)，就會(huì)在定子彈性體上產(chǎn)生一定頻率的彈 性行波，行波在液體媒質(zhì)中傳播產(chǎn)生聲流場(chǎng)，引起液體沿周向方向旋 轉(zhuǎn)，進(jìn)而推動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子葉片為直列式(葉片與轉(zhuǎn)軸軸線平 行)。這種結(jié)構(gòu)形式的超聲波電機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)理與接觸式圓環(huán)型超聲波 電機(jī)相似，需要在液體介質(zhì)中形成的聲場(chǎng)達(dá)到一定強(qiáng)度以后才能形成 驅(qū)動(dòng)，而圓環(huán)形振子所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)能力較弱。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是利用大振幅縱向振動(dòng)與轉(zhuǎn)子的螺旋 狀葉片相結(jié)合，構(gòu)造新型的液體介質(zhì)非接觸超聲波電機(jī)。 本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下技術(shù)方案予以解決。
這種液體介質(zhì)縱振非接觸式超聲波電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子。 這種液體介質(zhì)縱振非接觸式超聲波電機(jī)的特點(diǎn)是所述定子由內(nèi)設(shè)有耦合流體腔的前蓋板、用于耦合液體腔封閉的 端蓋、通過(guò)螺栓安裝在前蓋板上的后蓋板，以及安裝在前蓋板與后蓋 板間螺栓上的偶數(shù)片環(huán)形壓電陶瓷和奇數(shù)片環(huán)形電極構(gòu)成；
所述偶數(shù)片環(huán)形壓電陶瓷為并聯(lián)連接，并聯(lián)連接的偶數(shù)片環(huán)形壓
電陶瓷將奇數(shù)片環(huán)形電極分隔為兩組激勵(lì)信號(hào)極； 所述轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸和固定在其上的葉片構(gòu)成；
所述轉(zhuǎn)子通過(guò)軸承安裝在由前蓋板和端蓋構(gòu)成的耦合流體腔中心。
本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題通過(guò)以下進(jìn)一步的技術(shù)方案予以解決。 所述前蓋板為杯狀沉頭結(jié)構(gòu)體，杯狀沉頭結(jié)構(gòu)體的沉頭部位設(shè)有
耦合流體腔。
所述葉片為螺旋形葉片。
所述螺栓穿置環(huán)形壓電陶瓷和環(huán)形電極部位設(shè)有絕緣套。 所述定子的前蓋板與封閉耦合液體腔的端蓋之間設(shè)有彈性調(diào)整片。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)原理是利用壓電陶瓷的大振幅縱向振動(dòng)在液體介 質(zhì)中形成強(qiáng)聲場(chǎng)，轉(zhuǎn)子螺旋形葉片在聲場(chǎng)中受到力的作用，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子 旋轉(zhuǎn)，形成非接觸超聲波電機(jī)的輸出。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比的有益效果是.-
本發(fā)明的液體介質(zhì)縱振非接觸式超聲波電機(jī)結(jié)構(gòu)合理且簡(jiǎn)單，控制簡(jiǎn)單方便，輸出扭矩大，調(diào)節(jié)范圍寬，可廣泛應(yīng)用于精密定位驅(qū)動(dòng)、 機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)及航空航天等領(lǐng)域。
本發(fā)明液體介質(zhì)縱振非接觸式超聲波電機(jī)的具體結(jié)構(gòu)由以下附圖 和實(shí)施例詳細(xì)給出。


圖1是液體介質(zhì)縱振非接觸式超聲波電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例從圖1可以清楚地看到液體介質(zhì)縱振非接觸式超聲波電 機(jī)由定子10和轉(zhuǎn)子1組成，所述定子10由內(nèi)設(shè)有耦合流體腔3的前
蓋板4、用于耦合液體腔3封閉的端蓋14、通過(guò)螺栓8安裝在前蓋板 4上的后蓋板7,以及安裝在前蓋板4與后蓋板7間螺栓8上的六片 環(huán)形壓電陶瓷6和五片環(huán)形電極5構(gòu)成，六片環(huán)形壓電陶瓷6為并聯(lián) 連接，并聯(lián)連接的環(huán)形壓電陶瓷6將五片環(huán)形電極5分隔為兩組激勵(lì) 信號(hào)極。
所述前蓋板4為杯狀沉頭結(jié)構(gòu)體，杯狀沉頭結(jié)構(gòu)體的沉頭部位設(shè) 置耦合流體腔3。
為了防止漏電，所述連接螺栓8穿置環(huán)形壓電陶瓷6和環(huán)形電極 5部位設(shè)有絕緣套9。
所述轉(zhuǎn)子1由轉(zhuǎn)軸16和固定在其上的螺旋形葉片12構(gòu)成，即螺旋形葉片12與轉(zhuǎn)軸16成一定夾角。
所述轉(zhuǎn)子1通過(guò)配對(duì)軸承11安裝在定子10的前蓋板4與端蓋14
之間，端蓋14通過(guò)螺釘安裝在前蓋板4上，將前蓋板4上的耦合流
體腔3封閉，端蓋14與前蓋板4之間設(shè)有彈性調(diào)整墊片13，彈性調(diào)
整墊片13不僅可防止耦合流體腔3泄漏，通過(guò)彈性調(diào)整墊片13還可
用于轉(zhuǎn)子1的軸向調(diào)整；為了防止耦合流體腔3內(nèi)的耦合流體從轉(zhuǎn)子
1的轉(zhuǎn)軸16端溢出，轉(zhuǎn)軸16與端蓋14配合孔內(nèi)設(shè)有密封圈15，可
確保電機(jī)工作時(shí)耦合流體不泄漏。所述耦合流體腔3內(nèi)充滿耦合流
體。本發(fā)明液體介質(zhì)縱振非接觸式超聲波電機(jī)具體工作過(guò)程當(dāng)給壓
電陶瓷6加以適當(dāng)頻率的正弦激勵(lì)信號(hào)，定子10產(chǎn)生縱向振動(dòng)，即
前蓋板輻射面處于超聲振動(dòng)狀態(tài)；耦合流體3與前蓋板4的輻射面接
觸，振動(dòng)傳遞給流體介質(zhì)3，根據(jù)波動(dòng)理論，流體介質(zhì)3也將處于同
頻率的振動(dòng)狀態(tài)，流體分子劇烈運(yùn)動(dòng)，相互之間存在力的作用。在流
體介質(zhì)3與螺旋形葉片12的結(jié)合面處，流體介質(zhì)3的振動(dòng)作用力將
傳遞給螺旋形葉片12，葉片12面向輻射面的一側(cè)所受作用力將大于
另一側(cè)，因而形成驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，調(diào)整激勵(lì)電壓便可調(diào)整定子
10的振幅，可使轉(zhuǎn)子獲得不同的驅(qū)動(dòng)力，形成不同應(yīng)用場(chǎng)合的非接
觸式超聲波電機(jī)。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳
細(xì)說(shuō)明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下， 還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明由所提交的 權(quán)利要求書(shū)確定的專(zhuān)利保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種液體介質(zhì)縱振非接觸式超聲波電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，其特征在于所述定子由內(nèi)設(shè)有耦合流體腔的前蓋板、用于耦合液體腔封閉的端蓋、通過(guò)螺栓安裝在前蓋板上的后蓋板，以及穿置在前蓋板與后蓋板間螺栓上的偶數(shù)片環(huán)形壓電陶瓷和奇數(shù)片環(huán)形電極構(gòu)成；所述偶數(shù)片環(huán)形壓電陶瓷為并聯(lián)連接，并聯(lián)連接的偶數(shù)片環(huán)形壓電陶瓷將奇數(shù)片環(huán)形電極分隔為兩組激勵(lì)信號(hào)極；所述轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸和固定在其上的葉片構(gòu)成；所述轉(zhuǎn)子通過(guò)軸承安裝在由前蓋板和端蓋構(gòu)成的耦合流體腔中心。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的液體介質(zhì)縱振非接觸式超聲波電機(jī)，其 特征在于所述前蓋板為杯狀沉頭結(jié)構(gòu)體，杯狀沉頭結(jié)構(gòu)體的沉頭部位設(shè)置 耦合流體腔。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液體介質(zhì)縱振非接觸式超聲波電機(jī)， 其特征在于所述葉片為螺旋形葉片。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的液體介質(zhì)縱振非接觸式超聲波電機(jī)，其特征在于-所述螺栓穿置環(huán)形壓電陶瓷和環(huán)形電極部位設(shè)有絕緣套。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的液體介質(zhì)縱振非接觸式超聲波電機(jī)，其特征在于所述定子的前蓋板與封閉耦合液體腔的端蓋之間設(shè)有彈性調(diào)整片。
全文摘要
一種液體介質(zhì)縱振非接觸式超聲波電機(jī)，包括定子和轉(zhuǎn)子，其特征在于所述定子由內(nèi)設(shè)有耦合流體腔的前蓋板、用于耦合液體腔封閉的端蓋、以及穿置在前蓋板與后蓋板間同軸線螺栓上的偶數(shù)片環(huán)形壓電陶瓷和奇數(shù)片環(huán)形電極構(gòu)成；所述轉(zhuǎn)子通過(guò)軸承安裝在耦合流體腔中心。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比的有益效果是這種液體介質(zhì)縱振非接觸式超聲波電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制簡(jiǎn)單方便，輸出扭矩大，調(diào)節(jié)范圍寬，可廣泛應(yīng)用于精密定位驅(qū)動(dòng)、機(jī)器人關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)及航空航天等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02N2/10GK101505115SQ20091010595
公開(kāi)日2009年8月12日 申請(qǐng)日期2009年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月10日
發(fā)明者伍曉宇, 彭太江, 雄 梁 申請(qǐng)人:深圳大學(xué)